超级电容串联均压研究.pdf

《超级电容串联均压研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第3O卷第4期东北电力大学学报Vo1．30．No．42010年8月JournalOfNortheastDianiiUniversityAug．，2010文章编号：1005—2992(2010)04—0068—05超级电容串联均压研究韩晓男(华北电力大学，北京102206)摘要：超级电容器因其具有比功率高、充电速度快以及循环使用寿命长等特点，成为近年来重要的储能设备之一。超级电容器串联使用时，单体状态的一致性问题是制约其使用寿命和故障率高的主要因素。对超级电容组进行均衡管理具有十分重要的意义，本文针对超级电容器在串联应用中存在的问题，介绍了几种均压控制的方法，实现了串联

2、超级电容器组的电压均衡，使超级电容器组延长有效使用寿命，提高超级电容器的工作可靠性。关键词：超级电容器；串联；均压中图分类号：TP206文献标识码：A近年来，国内、外专家学者对电力储能技术给予了极大的关注，电力转换与存储技术已经在电力系统、可再生能源系统、舰艇及航空航天电源、国防军工新概念武器、工业控制等领域得到了广泛的应用。由于世界范围内电力工业正在进行重组，这给各种各样的储能技术带来了新的发展机遇¨叫J。超级电容器是一种新型电力储能器件，电容量可达数千法拉，它既具有静电电容器的高放电功率优势又像电池一样具有较大电荷储存能力，可应用于电力有源滤波器(APF)、新型无

3、功补偿设备(STAT-COM)中，达到改善电能质量等效果。超级电容器还具有容量配置灵活、易于实现模块化设计、循环使用寿命长、工作温度范围宽、环境友好、免维护等优点，这些特性使其更适于苛刻的工作环境。1超级电容器的内部结构及应用超级电容器作为一种新型绿色环保的储能元件，将电能以(1／2)CU2的电场形式存储在电荷存储层内，其中，c表示超级电容器的电容值，u表示超级电容器的端电压。由于其放电特性与静电电容更为接近，所以仍然称之为“电容”。从储电原理上，超级电容器可以分为充电双电层电容和法拉弟准电容两类(1)双电层电容。放电双电层电容器是基于表面积碳材料与溶液间界面双电层原

4、理的电容器。它可以用双电层模型来说明。电容电极表面的静电荷从溶液中吸附部分不规则分配的离子，它们图1双电层电容原理图解在电极／溶液界面的溶液一侧离电极一定距离排成一排，形成一个电荷数量与电极表面剩余电荷数量相等而符号相反的界面层如图1。由于界面上存在位垒，两层电荷都不能越过边界彼此中和，这样充电界面由两个电荷层组成，一层在电极上，另一层在溶液中，因此称为双电层。这是一种静电型能量储存方收稿日期：201O—o7一o3作者简介：韩晓男(1988一)，女，吉林省长春市人，华北电力大学电气工程及其自动化专业，研究方向为电气工程及其自动化．第4期韩晓男：超级电容串联均压研究69

5、式。电容器总电容为正负两极电容串联的结果。(2)法拉第准电容。法拉第准电容的电极中包含二维(如：H或一些金属(Pb、Bi、Cu)或准二维(如：多孔过渡金属氧化物(如RuO、IrO：))材料，在充放电过程中，电极表面的发生电沉积或氧化还原过程。这种电容的储能方式不再是单纯的物理储能，而是与电池一样发生了法拉第电荷传递的电化学变化过程。但是其充放电却具有电容特性：①两极电位与电极上施加或释放的电荷几乎呈线性关系②如果该系统电压随时间呈线性变化dU／dt=K，则产生恒定或几乎恒定的电流=CdU／dt=CK，因此也叫电化学电容。类似于蓄电池，超级电容器的单体电压较低，极少以自

6、然形态直接使用，可以通过多个单体的串联与并联构成超级电容器储能阵列，以满足实际应用系统的电气特性要求。2超级电容器的串联超级电容器单体的耐压很低(小于3V)，实际需要中，需要将大量电容器单元串联，即累积起来提高工作电压。由n组同样的电容器单元组成的超级电容器的容量是单个电容器的1／n，对于电压值()不同的rt个电容器单元，总能量为1／2C∑。对于单元电压值相同的电容器，最终电压U=nUi，总电容量值C=C／n。总能量为E，则E=(1／2)c=1／2Cn．(1)对于相同的电容器单元这是n倍关系，因此，虽然n个电容器串联，电容量值却为单元的1／n，而能量为n倍。如果一系列

7、的电容器容量是不同的，C。，C：，C等，总电压为各单元电压之和=l+++⋯==ql／C1+q2／C2+q3／C3+⋯．(2)构成总电压的电荷被分配到各电容器单元中。根据各单元不同的电容量c，c：，c3等，q。，q：，⋯为各自的分配电荷。因此对于给定的q，电压依据电容器单元不同的电容量而不同。但在这一系列电容器中，各电容器的电压都不能高于电解液的分解电压。对于电化学电容器，不论是双电层型还是氧化还原型，在工程应用中最大的难点是使在多单元组合电容器中的n个电容器单元都具有相同的电容量值。如果其中有一个或多个电容值存在差异，那么充放电是很危险的，这是由于电